Forskning driver genopladelige batterier, der holder længere

Med den løbende forbedring af elektronik, udviklingen af ​​højenergi-strømforsyninger er blevet et nøgleled i den fremtidige udvikling af videnskab og teknologi. Imidlertid, manglen på lithiumressourcer og vanskeligheden ved genanvendelse er blevet vigtige faktorer for at begrænse deres udvikling.

Ikke-lithiumbaserede genopladelige batterier med en uudtømmelig forsyning af råmaterialer, såsom natriumionbatterier (SIB'er), har tiltrukket sig stor opmærksomhed de seneste år. Som den kritiske determinant for energiproduktionen af ​​SIB'er, udviklingen af ​​katoder har gjort spændende fremskridt, inklusive lagdelte materialer, polyanioner og preussiske blå analoger (PBA'er), etc.

Blandt disse katoder, Mn-baserede preussiske blå analoger (Mn-Fe PBA'er, Na ₂ Mn[Fe(CN) ₆ ]) repræsenterer et af de mest lovende katodematerialer for SIB'er på grund af deres højere teoretiske kapacitet og variation i adaptiv volumen. Imidlertid, Mn-Fe PBA'er lider af dårlig cyklisk reversibilitet og kapacitetsbevarelse under faseovergangen fra kubisk til tetragonal fase, som er relateret til den store strukturelle deformation af Mn-N ₆ oktaedre forårsaget af Jahn-Teller forvrængning.

Tidligere bestræbelser på at undertrykke den store strukturelle deformation fokuserede hovedsageligt på optimeret fasestruktur eller delvis atomudskiftning, men disse metoder kunne ikke opretholde en stabil cyklus og samtidig opretholde en høj kapacitet, som er nødvendig for den praktiske anvendelse af batterier.

I undersøgelsen, der blev offentliggjort i Chem , forskerne har udviklet en kontrollerbar strategi til at skabe ukonventionelle kation Mn ledige stillinger (VMn) på Mn-Fe PBA'er ved at bruge et stærkt chelateringsmiddel, ethylendiaminet etraeddikesyre dinatrium (Na ₂ EDTA). VMn i Mn-Fe PBA'er kunne begrænse bevægelsen af ​​Mn-N obligationer og derved afbøde Jahn-Teller forvrængning af Mn-N ₆ oktaeder, fører til meget reversible faseovergange af NMF samt en enestående langsigtet cykelstabilitet og kapacitetsbevarelse (se billede).

På grund af den stærke chelaterende effekt af EDTA ₂ ^- , Mn ₂ ⁺ og EDTA ₂ ^- chelateret for at danne et meget stabilt seks-koordinat oktaeder, der ikke kun sænker frigivelseshastigheden af ​​Mn i høj grad ₂ ⁺ samt dannelseshastigheden af ​​EDTA-NMF, men fjerner også Mn-atomerne fra krystalgitteret. Efterhånden som reaktionen skrider frem, den stærke koordinering af Na ₂ EDTA ville fortsætte med at ætse NMF og skabe mere VMn på overfladen.

VMn i Mn-Fe PBA'er kunne fungere som den første barriere til at forhindre strukturelle skader under battericykling. Som resultat, Mn-Fe PBA'erne udviste en enestående langsigtet cykelstabilitet og kapacitetsbevarelse for begge halvcelle (72,3 % efter 2700 cyklusser ved 0,5 Ag ^-1 ) og fuldcelle (75,5% efter 550 cyklusser ved 0,1 A g ^-1 ).

"I betragtning af den lette syntese og store mangfoldighed af PBA'er, dette arbejde fremmer ikke kun kreative syntetiske metoder til kontrollerbare defekter eller ledige stillinger, men åbner også ubegrænsede muligheder for at udforske forholdet mellem struktur, ledige stillinger og elektrokemiske forestillinger i materialer ud over PBA'er, " sagde hovedforfatter lektor Yang Hui Ying fra SUTD.